CN102449290A - 确定旨在用于涡轮增压器的旁路执行机构的位置设定点的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种旨在用于热力引擎(4)的涡轮增压器(1，11)的方法，所述涡轮增压器(1，11)包括涡轮(2，12)、压缩机(3，13)，以及可用于控制不经过所述涡轮(2，12)的气流(W_act)的旁路执行机构(15，16)。所述方法包括根据以下项确定所述旁路执行机构(15，16)的位置设定点(α_sp)的步骤：压缩比设定点(PR_c，sp)、压缩比测量(PR_c，m)、通过所述压缩机(3，13)的流量测量(W_c，m)、所述涡轮(2，12)下游的压力测量P_dt、所述压缩机(3，13)下游的压力测量P_dc、所述涡轮(2，12)上游的温度测量T_ut，以及所述压缩机(3，13)上游的温度测量T_uc。本发明可用于控制具有一个或两个涡轮增压器的增压设备。

Description

确定旨在用于涡轮增压器的旁路执行机构的位置设定点的方法

技术领域

本发明涉及引擎管理，更具体地说，涉及使用一种根据压缩比设定点确定涡轮旁路执行机构(actuator)的位置设定点的方法来操作涡轮增压器型增压设备。

背景技术

本发明应用于包括固定几何形状涡轮增压器或备选地具有两个此类串联安装的涡轮增压器的增压设备。

随着增压后的引擎的性能的增强，提升的压力水平也在增加并且对涡轮增压器的需求日益增长。重要的是尽可能小心地运行这些涡轮增压器，以便在改进车辆在加速下的响应性的同时避免涡轮增压器损坏。

随着排放标准变得比以往更加严格，引擎排出的颗粒物质量必须比以往更低。颗粒过滤器(或PF)是一种减少排放到环境中的颗粒物质量的解决方案。颗粒过滤器包括一组其中捕获大多数颗粒的微通道。一旦过滤器已满，就必须通过烧掉颗粒来清空过滤器，此阶段称为“再生”。可以使用加热设备或通过特殊引擎设定实现再生。颗粒过滤器被置于低压涡轮下游的排气管中。

此类设备的引入导致排气背压增大。过滤器携带的颗粒越多，此背压就越大。此排气背压通过减小膨胀比而相对于涡轮增压器变得明显，从而导致排气提供给涡轮的功率减小以及引擎性能的下降。为了获得相同水平的性能，必须通过增大涡轮上游的压力来维持膨胀比。通过旁路执行机构的适当闭合来实现涡轮上游压力的增加。可以使用发出到这些执行机构的命令操作增压设备。

在操作此类双增压设备的领域中，申请人的公司已开发了一种同时操作两个涡轮增压器的双回路控制方法，在2008年6月4日提交的专利申请FR 08 53686中描述了该方法。此类系统带来了可观的性能，但是需要在高压涡轮上游的排气压力传感器。安装此类传感器是昂贵的。本发明提出了免除此传感器。

发明内容

为此，在只有一个涡轮增压器时，所述控制方法有利地使用压缩机压缩比变量来操作一个涡轮增压器。此外，当存在两个涡轮增压器时，所述方法将双回路控制代之以结合选择要操作哪个涡轮增压器的处理模块(handler)，在任意给定时刻控制一个或另一个涡轮增压器。

本发明的主题是一种用于涡轮增压器以便对内燃机进行增压的方法，所述涡轮增压器包括：涡轮，由排气驱动；压缩机，由所述涡轮驱动旋转以便压缩进气；以及旁路执行机构，用于绕过所述涡轮，使得其能够控制不经过所述涡轮的空气流量，所述方法根据以下项确定所述旁路执行机构的位置设定点：压缩比设定点、压缩比测量、通过所述压缩机的流量的流量测量、所述涡轮下游的压力的压力测量、所述压缩机下游的压力的压力测量、所述涡轮上游的温度的温度测量，以及所述压缩机上游的温度的温度测量。

根据本发明的另一特征，确定所述旁路执行机构的位置设定点包括：

-根据所述压缩比设定点和所述压缩比测量确定膨胀比设定点，

-根据如此确定的膨胀比设定点确定所述旁路执行机构的位置设定点。

根据本发明的另一特征，根据所述膨胀比设定点确定所述旁路执行机构的位置设定点使用逆执行机构模型。

根据本发明的另一特征，在使用所述逆执行机构模型之前，使用以下公式根据所述涡轮下游的最大许可压力使所述膨胀比设定点饱和：

${\mathrm{PR}}_{t,\mathrm{sp},\mathrm{sat}}=\min ({\mathrm{PR}}_{t,\mathrm{sp}},\frac{P_{\mathrm{dt},\max }}{P_{\mathrm{dt}}}),$ 其中

PR_t，sp，sat是饱和之后的膨胀比设定点，

PR_t，sp是饱和之前的膨胀比设定点，

P_dt是所述涡轮下游的压力，

P_dt，max是所述涡轮下游的最大可接受压力，

饱和后的压缩比设定点值之后将取代初始压缩比设定点值。

根据本发明的另一特征，所述膨胀比设定点等于由预定位模块根据所述压缩比设定点计算的开环膨胀比设定点与由第一控制器模块根据所述压缩比设定点和所述压缩比测量之间的误差计算的闭环膨胀比设定点的和。

根据本发明的另一特征，所述旁路执行机构的位置设定点等于根据所述压缩比设定点计算的开环位置设定点与由第二控制器模块根据所述压缩比设定点和所述压缩比测量之间的误差计算的闭环位置设定点的和。

根据本发明的另一特征，确定所述开环位置设定点包括以下步骤：

-由预定位模块根据所述压缩比设定点确定开环膨胀比设定点，

-使用逆执行机构模型根据如此确定的开环膨胀比设定点确定开环位置设定点。

根据本发明的另一特征，使用以下公式最终使所述位置设定点饱和：

α_sp，sat＝min(α_sp，α_sp，max)，其中

α_sp，sat是饱和之后的位置设定点，

α_sp是饱和之前的位置设定点，

α_sp，max是最大位置设定点。

根据本发明的另一特征，使用逆执行机构模型根据所述开环膨胀比设定点确定所述最大位置设定点。

根据本发明的另一特征，在应用用于确定所述最大位置设定点的逆执行机构模型之前，使用以下公式根据所述涡轮下游的最大许可压力使所述开环膨胀比设定点饱和：

${\mathrm{PR}}_{t,\mathrm{sp},\mathrm{sat}}=\min ({\mathrm{PR}}_{t,\mathrm{sp},\mathrm{ol}},\frac{P_{\mathrm{dt},\max }}{P_{\mathrm{dt}}}),$ 其中

PR_t，sp，sat是饱和之后的膨胀比设定点，

PR_t，sp是饱和之前的膨胀比设定点，

P_dt是所述涡轮下游的压力，

P_dt，max是所述涡轮下游的最大可接受压力，

饱和后的膨胀比设定点值之后将取代初始开环膨胀比设定点值。

根据本发明的另一特征，所述预定位模块包括以下步骤：

-使用以下公式根据通过所述压缩机的进气的流量的流量测量确定通过所述压缩机的进气的流量的校正后的流量测量：

$W_{c,m,\mathrm{cor}}=W_{c,m}\·\sqrt{\frac{T_{\mathrm{uc}}}{T_{c,\mathrm{ref}}}}\·\frac{P_{c,\mathrm{ref}}}{P_{\mathrm{dc}}},$ 其中

W_c，m，cor是通过所述压缩机的进气的流量的校正后的流量测量，

W_c，m是通过所述压缩机的进气的流量的空气流量测量，

T_uc是所述压缩机上游的温度，

P_uc是所述压缩机上游的压力，

T_c，ref是所述压缩机的基准温度，

P_c，ref是所述压缩机的基准压力，

-使用所述压缩比和通过所述压缩机的进气的校正后的流量的函数确定有关所述压缩机的校正后的速度设定点，所述函数由二维映射定义，

-使用以下公式根据有关所述压缩机的校正后的速度设定点确定速度设定点， $N_{\mathrm{sp}}=N_{\mathrm{sp},\mathrm{corc}}\sqrt{\frac{T_{\mathrm{uc}}}{T_{c,\mathrm{ref}}}},$ 其中

N_sp是所述涡轮增压器的速度设定点，

N_sp，corc是所述涡轮增压器的有关所述压缩机的校正后的速度设定点，

T_uc是所述压缩机上游的温度，

T_c，ref是所述压缩机的基准温度，

-使用所述涡轮增压器的有关所述压缩机的校正后的速度设定点和通过所述压缩机的进气的流量的校正后的空气流量设定点的函数，根据所述涡轮增压器的有关所述压缩机的校正后的速度设定点和通过所述压缩机的进气的流量的校正后的空气流量设定点，计算所述压缩机的效率，所述函数由二维映射定义，

-使用以下公式计算压缩机功率设定点，

$H_{c,\mathrm{sp}}=W_{c,m}{\mathrm{Cp}}_c\frac{1}{{\mathrm{\η}}_c}{T}_{\mathrm{uc}}({\mathrm{PR}}_{c,\mathrm{sp}}^{\frac{{\mathrm{\γ}}_c-1}{{\mathrm{\γ}}_c}}-1),$ 其中

H_c，sp是所述压缩机的功率设定点，

W_c，m是通过所述压缩机的进气的流量的空气流量测量，

η_c是所述压缩机的效率，

T_uc是所述压缩机上游的温度，

PR_c，sp是所述压缩机的压缩比设定点，

Cp_c是进气的第一热力学常数，

γ_c是进气的第二热力学常数，

-使用以下公式计算涡轮功率设定点：H_t，sp＝H_c，sp，其中

H_t，sp是所述涡轮的功率设定点，

H_c，sp是所述压缩机的功率设定点，

-使用以下公式根据所述速度设定点确定有关所述涡轮的校正后的速度设定点：

$N_{\mathrm{sp},\mathrm{cort}}=N_{\mathrm{sp}}\sqrt{\frac{T_{t,\mathrm{ref}}}{T_{\mathrm{ut}}}},$ 其中

N_sp是所述涡轮增压器的速度设定点，

N_sp，cort是所述涡轮增压器的有关所述涡轮的校正后的速度设定点，

T_ut是所述涡轮上游的温度，

T_t，ref是所述涡轮的基准温度，

-使用以下公式计算所述开环膨胀比设定点

${\mathrm{PR}}_{t,\mathrm{sp},\mathrm{ol}}=F^{-1}(\frac{H_{c,\mathrm{sp}}}{{\mathrm{Cp}}_t\·T_{\mathrm{ut}}\·\frac{P_{\mathrm{dt}}}{P_{t,\mathrm{ref}}}\·\sqrt{\frac{T_{t,\mathrm{ref}}}{T_{\mathrm{ut}}}}},N_{\mathrm{sp},\mathrm{cort}}),$ 其中

PR_t，sp，ol是所述涡轮的开环膨胀比，

H_t，sp是所述涡轮的功率设定点，

N_sp，cort是所述涡轮增压器的有关所述涡轮的校正后的速度设定点，以及

F是由二维映射定义的函数并通过以下方程的求逆获得：

$H_{t,\mathrm{sp}}=W_{t,\mathrm{sp}}\·{\mathrm{Cp}}_t\·{\mathrm{\η}}_t\·T_{\mathrm{ut}}[1-{\left(\frac{1}{{\mathrm{PR}}_{t,\mathrm{sp},\mathrm{ol}}}\right)}^{\frac{{\mathrm{\γ}}_t-1}{{\mathrm{\γ}}_t}}],$ 其中

H_t，sp是所述涡轮的功率设定点，

PR_t，sp，ol是所述涡轮的开环膨胀比，

Cp_t是排气的第一热力学常数，

γ_t是排气的第二热力学常数，

η_t是所述涡轮的效率，借助所述涡轮增压器的有关所述涡轮的校正后的速度设定点和所述开环膨胀比设定点的函数来表达，所述函数由二维映射定义，

W_t，sp是通过所述涡轮的排气的流量的流量设定点并由下式确定：

$W_{t,\mathrm{sp}}=W_{t,\mathrm{sp},\mathrm{cor}}\·\sqrt{\frac{T_{t,\mathrm{ref}}}{T_{\mathrm{ut}}}}\·\frac{P_{\mathrm{dt}}}{P_{t,\mathrm{ref}}},$ 其中

W_t，sp是通过所述涡轮的排气的流量的流量设定点，

W_t，sp，cor是通过所述涡轮的排气的流量的校正后的流量设定点，借助所述涡轮增压器的有关所述涡轮的校正后的速度设定点和所述开环膨胀比设定点的函数来表达，所述函数由二维映射定义，

T_ut是所述涡轮上游的温度，

T_t，ref是所述涡轮的基准温度，

P_dt是所述涡轮下游的压力，

P_t，ref是所述涡轮的基准压力。

根据本发明的另一特征，所述第一控制器模块或者相应地所述第二控制器模块是配置为消除所述误差的调节器。

根据本发明的另一特征，所述调节器使用模糊逻辑规则。

根据本发明的另一特征，所述调节器包括比例积分微分(PID)模块。

根据本发明的另一特征，使用以下公式通过圣维南(Saint Venant)方程对用于绕过所述涡轮的旁路执行机构建模：

$W_{\mathrm{act}}=S_{\mathrm{act}}\frac{P_{\mathrm{dt}}}{\sqrt{T_{\mathrm{dt}}}}\·\mathrm{\ψ}\left(\mathrm{PR}\right),$ 其中

PR表示输入参数，即，分别为以下参数：

PR_t，sp膨胀比设定点，

PR_t，sp，ol开环膨胀比设定点，

PR_{t，sp，ol，sat}饱和后的开环膨胀比设定点，

W_act是通过所述执行机构的流量，

S_act是所述执行机构的截面积，

P_dt是所述涡轮下游的压力，

T_dt是所述涡轮下游的温度，

ψ是变量X的函数，由下式定义：

$\mathrm{\ψ}\left(X\right)=\sqrt{\frac{2{\mathrm{\γ}}_t}{R({\mathrm{\γ}}_t-1)}}\sqrt{X^{\frac{-2}{{\mathrm{\γ}}_t}}-X^{\frac{-({\mathrm{\γ}}_t-1)}{{\mathrm{\γ}}_t}}},$ 其中

γ_t是排气的第一热力学常数，等于1.4，

R是通用气体常数，等于287J/kg/K。

根据本发明的另一特征，其中使用公式W_act＝W_c，m-W_t，sp确定通过所述执行机构的流量，其中

W_c，m是通过所述压缩机的流量的测量，

W_t，sp是通过所述涡轮的流量的流量设定点。

根据本发明的另一特征，所述执行机构的所述截面积被映射为所述执行机构的所述位置设定点和所述膨胀比设定点的函数。

本发明还涉及一种用于固定几何形状双增压设备以便对内燃机进行增压的方法，所述设备包括：

-高压第一涡轮增压器，包括：高压涡轮，由所述内燃机排出的排气驱动；高压压缩机，由所述高压涡轮驱动旋转以便压缩进入所述内燃机的进气；以及高压旁路执行机构，用于绕过所述高压涡轮，使得其可以控制不经过所述高压涡轮的空气流量，

-低压第二涡轮增压器，包括：低压涡轮，由所述内燃机排出的经由所述高压涡轮或所述高压旁路执行机构的排气驱动；低压压缩机，由所述低压涡轮驱动旋转以便压缩经由所述高压压缩机进入所述内燃机的进气；以及低压旁路执行机构，用于绕过所述低压涡轮，使得其能够控制不经过所述低压涡轮的空气流量，以及

-所述高压压缩机的旁路阀，用于允许选择性地绕过所述高压压缩机以便将所述低压压缩机直接连接到引擎，

所述方法包括根据以下项确定用于控制所述高压旁路执行机构的设定点和用于控制所述低压旁路执行机构的设定点：高压压力比设定点、低压压力比设定点、高压压力比测量、低压压力比测量、通过高压和低压压缩机的空气流量的空气流量测量、分别在所述高压涡轮和所述低压涡轮下游的压力测量、分别在所述高压压缩机和所述低压压缩机下游的压力测量、分别在所述高压涡轮和所述低压涡轮上游的温度测量、以及分别在所述高压压缩机和所述低压压缩机上游的温度测量，所述方法包括以下步骤：

-借助处理模块选择要控制所述高压旁路执行机构和所述低压旁路执行机构中的哪个旁路执行机构，

-按照先前实施例中的任一实施例中所述的方法，根据高压压缩比设定点和高压压缩比测量相应地选择所述高压旁路执行机构的位置设定点，或者根据低压压缩比设定点和低压压缩比测量确定所述低压旁路执行机构的位置设定点。

根据本发明的另一特征，由所述处理模块按照以下规则执行选择步骤：

-当所述引擎的速度低于阈值时，使所述高压旁路执行机构操作，所述高压压缩机的旁路阀被强制关闭并且所述低压旁路执行机构被强制关闭，

-当所述引擎的速度高于阈值时，使所述低压旁路执行机构操作，所述高压压缩机的旁路阀被强制打开并且所述高压旁路执行机构被强制打开。

根据本发明的另一特征，所述引擎的阈值速度等于2750rpm。

附图说明

从以下结合附图通过指示的方式给出的详细描述，本发明的其他特征、细节和优点将变得更加显而易见，这些附图是：

-图1示出了具有用于增压的涡轮增压器的内燃机；

-图2示出了具备包括两个涡轮增压器的增压设备的内燃机；

-图3是根据本发明的方法的“串联”实施例的方块图；

-图4是根据本发明的方法的“并联”实施例的方块图；

-图5是引入两个串联或并联模块的方块图；

-图6和7分别是定义高压涡轮增压器的函数f1的数值的映射和表；

-图8和9分别是定义低压涡轮增压器的函数f1的数值的映射和表；

-图10和11分别是定义高压涡轮增压器的函数f2的数值的映射和表；

-图12和13分别是定义低压涡轮增压器的函数f2的数值的映射和表；

-图14和15分别是定义高压涡轮增压器的函数F^-1的数值的映射和表；

-图16和17分别是定义低压涡轮增压器的函数F^-1的数值的映射和表；

-图18和19分别示出了使用串联模块和并联模块获得的结果。

为了使说明书、方块图以及尤其是公式更易于理解，以下是所使用的符号：

变量

N：(涡轮增压器的)转速，

PR：压力比(在压缩机的情况下为压缩比，在涡轮的情况下为膨胀比)，

W：流量，

P：压力，

H：功率，

T：温度，

η：效率，

RM：引擎速度，

Cp：热力学常数，即恒定压力时的比热容，

Cv：热力学常数，即恒定体积时的比热容，

γ：热力学常数，即等于Cp/Cv的系数，

J：(涡轮增压器的)惯性力矩或面积的二次矩，

后缀

c：压缩机，

t：涡轮，

sp：设定点，

m：测量、观察或模拟的，

cor：校正后的，

cort：有关涡轮的校正后的，

corc：有关压缩机的校正后的，

ref：基准

u：上游

d：下游

ol：开环

cl：闭环

sat：饱和后的

HP：高压

BP：低压

具体实施方式

图1示出了本发明在单个涡轮增压器1的情况下的环境。内燃机4通常经由进气道6接收空气5。引擎4产生经由排气道8排出的排气7。用于增压的涡轮增压器1使得可以提高内燃机4接受的空气量5。为此，涡轮增压器1包括涡轮2和压缩机3。涡轮2流体连接到排气道8以便由内燃机4排出的排气7来驱动。涡轮2在机械上连接到其驱动旋转的压缩机3。压缩机3流体连接到进气道6，使得压缩机3在空气进入内燃机4之前压缩进气5。可以使用旁路执行机构15隔离涡轮2。可以使用旁路阀14隔离压缩机3。标号9包含测量进气5的流量W_c，m的传感器。

图2示出了本发明在两个涡轮增压器1、11的情况下的环境。高压第一涡轮增压器1与先前描述的涡轮增压器完全相同并包括高压涡轮2、高压压缩机3以及比例控制的高压旁路执行机构15，使得可以设定不经过高压涡轮2的流量。低压第二涡轮增压器11与第一涡轮增压器1串联。低压涡轮12由离开高压涡轮2或高压旁路执行机构15(当其被至少部分强制打开时)的下游侧的排气7驱动。在低压涡轮12的出口侧，排气7被直接导向排气管。低压涡轮12在机械上连接到其驱动旋转的低压压缩机13。低压压缩机13接收来自空气过滤器的空气并压缩该空气，然后将该空气继续传递到高压压缩机3的上游侧。如果打开/闭合式旁路阀14打开，则低压压缩机13经由进气道6将空气直接传递到引擎4。

可进行比例控制的两个(即高压15和低压16)旁路执行机构分别位于高压涡轮2和低压涡轮12的上游侧与下游侧之间。同样，打开/闭合式压缩机旁路阀14位于高压压缩机3的上游侧与下游侧之间。这三个设备提供对整体增压系统20的控制。

但是，现有技术的双回路控制同时操作两个旁路执行机构15、16，希望取消高压涡轮2上游的排气压力P_ut，HP传感器的操作将不允许此类控制手段。

本发明的原理之一是通过作用于对应旁路执行机构15、16而一次仅操作一个涡轮增压器1、11。

根据本发明，所述方法的中央模块包括以下步骤：根据压缩比设定点PR_c，sp和压缩比测量PR_c，m确定旁路执行机构15、16的位置设定点α_sp。两个压力比PR可以被定义为上游压力P_u与下游压力P_d的比。对于压缩机3、13，此压力比称为压缩比PR_c并等于

对于涡轮2、12，此压力比称为膨胀比PR_t并等于

所述中央模块接受压缩比设定点PR_c，sp作为输入，在压缩比设定点PR_c，sp的基础上，在开环中确定各参数。为了完善该方法，还确定闭环参数。为此，所述方法在指示系统20的响应的参数上环回(loop back)。此测量的参数可以是压缩比测量PR_c，m，或者是所述压缩比的差ε_PRc(计算为ε_PRc＝PR_c，sp-PR_c，m)，这两者是等价的。

可以在各种实施例模式中操作此中央模块。在此给出了两个示例性实施例模式。这两个模式使用以不同方式组织的相同或类似的模块。图3中示出了实施例的第一“串联”模式。图4中示出了实施例的第二“并联”模式。

参考图3，在串联模式中，确定所述旁路执行机构15、16的位置设定点α_sp的步骤可以分解为：第一步骤，由单元21、22、23根据在输入端处提供的压缩比设定点PR_c，sp、压缩比测量PR_c，m或差ε_PRc确定膨胀比设定点PR_t，sp；后跟第二步骤，在单元25内以及适当时在单元24内根据由此确定的膨胀比设定点PR_t，sp来确定旁路执行机构15、16的位置设定点α_sp。根据膨胀比设定点PR_t，sp来确定旁路执行机构15、16的位置设定点α_sp使用位于单元25中的逆执行机构模型。将在以下更详细地描述此在多种场合下重用的逆执行机构模型。

在限制单元24内，有利地在应用逆执行机构模型25之前使膨胀比设定点PR_t，sp饱和。有利地通过使所述膨胀比PR_t，sp在最大膨胀比PR_t，sp，max处封顶(capping)来实现此饱和，使用以下公式根据涡轮2、12下游的最大许可压力P_dt，max来计算最大膨胀比PR_t，sp，max：

${\mathrm{PR}}_{t,\mathrm{sp},\mathrm{sat}}=\min ({\mathrm{PR}}_{t,\mathrm{sp}},\frac{P_{\mathrm{dt},\max }}{P_{\mathrm{dt}}})$

在封顶之后，膨胀比PR_t，sp均被饱和后的膨胀比PR_t，sp，sat取代。

通过使用将开环膨胀比设定点PR_t，sp，ol与闭环膨胀比设定点PR_t，sp，cl求和的求和器23来确定中间膨胀比设定点PR_t，sp。

由对系统20建模的模块根据压缩比设定点PR_c，sp计算开环膨胀比设定点PR_t，sp，ol。将在以下更详细地描述此安装在单元21中并在多种场合下重用的模块(称为预定位模块)。

闭环膨胀比设定点PR_t，sp，cl针对系统20发出的测量或估计的参数使用环回以便提供所述方法的反馈控制。根据压缩比设定点PR_c，sp与实际获得的压缩比测量PR_c，m之间的误差或差ε_PRc来计算闭环膨胀比设定点PR_t，sp，cl。由第一控制器模块22执行此计算。将在以下更详细地描述此安装在单元22中并在多种场合下重用的控制器模块。

参考图4，在并联模式中，由将开环位置设定点α_sp，ol与闭环位置设定点α_sp，cl求和的求和器29确定旁路执行机构15、16的位置设定点α_sp。

闭环位置设定点α_sp，cl针对系统20发出的测量或估计的参数使用环回以便提供所述方法的反馈控制。由第二控制器模块27根据压缩比设定点PR_c，sp与压缩比测量PR_c，m之间的误差ε_PRc来计算闭环位置设定点α_sp，cl。此安装在单元27中的控制器模块与串联模式中使用的控制器模块非常类似。

由对系统20建模的模块根据压缩比设定点PR_c，sp计算开环位置设定点α_sp，ol。此模块按顺序包括：预定位模块26，其安装在单元26中并与串联模式的预定位模块21完全相同；以及逆执行机构模型，其安装在单元28中并与串联模式的逆执行机构模型25完全相同。确定开环位置设定点α_sp，ol包括以下相继步骤：由预定位模块26根据压缩比设定点PR_c，sp确定开环膨胀比设定点PR_t，sp，ol；以及使用安装在单元28中的逆执行机构模型根据如此确定的开环膨胀比设定点PR_t，sp，ol确定开环位置设定点α_sp，ol。

在串联模式的单元24内针对膨胀比参数PR_t，sp执行的饱和(可选)在此在单元32内针对旁路执行机构15、16的位置参数α_sp执行，主要的最大位置设定点参数α_sp，max对应于涡轮2、12下游的排气道中的相同可接受最大压力P_dt，max。根据以下公式执行此饱和：

α_sp，sat＝min(α_sp，α_sp，max)

其中α_sp，sat是饱和之后的位置设定点，α_sp是饱和之前的位置设定点，以及α_sp，max是最大位置设定点。

使用安装在单元31中的逆执行机构模型根据开环膨胀比PR_t，sp，ol确定该最大位置设定点α_sp，max。此逆执行机构模型与串联模型的单元28和单元25中安装的逆执行机构模型相同。

有利地，在应用用于确定最大位置设定点α_sp，max的逆执行机构模型31之前，在单元31中根据涡轮2，12下游的最大许可压力P_dt，max使开环膨胀比设定点PR_t，sp，ol饱和。

现在将更详细地描述在串联和并联模式中公用的特定模块，即所述预定位模块、所述控制器和所述逆执行机构模型。

安装在单元21和26中的预定位模块根据压缩比设定点确定膨胀比设定点。其依赖于压缩机和涡轮的功率在稳态中相等的假设。其可以分为四个步骤。

步骤1：计算涡轮增压器速度设定点

根据函数f1计算速度设定点，函数f1以压缩机映射f1的形式给出并由制造商根据相对于基准值而针对压力和温度简化或校正的参数来提供。在图6至9中给出了此映射。其根据校正后的流量W_c，m，cor和有关压缩机的校正后的速度N_sp，corc给出了压缩机叶轮3、13上的压缩比PR_c。由于针对涡轮2、12或压缩机3、13定义的速度N相同，所以其可以是有关涡轮2、12的温度T_ut的校正后的N_sp，cort，或备选地是有关压缩机3、13的温度T_uc的校正后的N_sp，corc。

这样得到：

PR_c，sp＝f₁(W_c，m，cor，N_sp，corc)，且

$N_{\mathrm{sp},\mathrm{corc}}=N_{\mathrm{sp}}\·\sqrt{\frac{T_{c,\mathrm{ref}}}{T_{\mathrm{uc}}}},$ 以及 $W_{c,m,\mathrm{cor}}=W_{c,m}\·\sqrt{\frac{T_{\mathrm{uc}}}{T_{c,\mathrm{ref}}}}\frac{P_{c,\mathrm{ref}}}{P_{\mathrm{dc}}}$

根据空气流量W_c，m，cor从先前公式获得进气5的流量W_c，m，cor。例如通过流量计9测量此流量W_c，m，cor。假设通过低压压缩机13的流量与通过高压压缩机3的流量相同。

这样通过函数f1的求逆根据压缩比设定点PR_c，sp和流量W_c，m获得涡轮增压器速度设定点N_sp。

步骤2：计算压缩机功率设定点

通过将热力学的基本原理应用于压缩机3、13的叶轮而以分析的方式表达压缩机3、13的功率。这产生显示压缩机3、13的极端压力情况、通过压缩机3、13的流量W_c，m以及上游温度T_uc的表达式：

$H_{c,\mathrm{sp}}=W_{c,m}\·{\mathrm{Cp}}_c\·\frac{1}{{\mathrm{\η}}_c}\·T_{\mathrm{uc}}[{\left({\mathrm{PR}}_{c,\mathrm{sp}}\right)}^{\frac{{\mathrm{\γ}}_c-1}{{\mathrm{\γ}}_c}}-1]$

以上表达式中的效率η_c与速度N_sp和流量W_c，m有关。通过由制造商例如以映射f2的形式建立的函数f2给出此关系。图10至13中给出了此类映射。

${\mathrm{\η}}_c=f_2(W_{c,m}\·\frac{P_{c,\mathrm{ref}}}{P_{\mathrm{uc}}}\sqrt{\frac{T_{\mathrm{uc}}}{T_{c,\mathrm{ref}}}},N_{\mathrm{sp}}\·\sqrt{\frac{T_{c,\mathrm{ref}}}{T_{\mathrm{uc}}}})$

在此阶段，压力比设定点PR_c，sp、流量测量W_c，m以及速度设定点N_sp是已知的。因此可以计算压缩机功率设定点H_c，sp。由压缩机3、13消耗的此功率H_c，sp对应于必须由涡轮2、12弥补并继续传递给压缩机3、13的功率，以便在进气歧管6中获得所需的提升压力P_dt，HP。

步骤3：计算涡轮功率

步骤3将压缩机功率设定点H_c，sp转换成涡轮功率设定点H_t，sp。通过应用于系统(包括涡轮2、12，压缩机3、13以及将涡轮和压缩机耦合在一起的轴)的动力学基本原理获得涡轮增压器1、11的旋转速度N。此关系允许将(压缩机上的)“进气”设定点转变为(涡轮上的)“排气”设定点。涡轮增压器1、11的速度N基本上取决于涡轮2、12的功率H_t与压缩机3、13的功率H_c之间的差。可以通过应用热力学第一定律以分析的方式表达这些功率。在以下方程中，功率被其设定点值取代：

$\mathrm{JN}\frac{\mathrm{dN}}{\mathrm{dt}}=H_{t,\mathrm{sp}}-H_{c,\mathrm{sp}}$

其中J是惯性力矩或面积的二次矩并且d/dt是关于时间的微分算子。

假设系统处于平衡状态。这意味着可以忽略动态项。基于此假设，所有涡轮功率均传递到压缩机：

H_t，sp＝H_c，sp

步骤4：计算开环膨胀比设定点

使用以下公式，涡轮功率H_t，sp已知并显式地取决于膨胀比PR_t，sp：

$H_{t,\mathrm{sp}}=W_{t,\mathrm{sp}}\·{\mathrm{Cp}}_t\·{\mathrm{\η}}_t\·T_{\mathrm{ut}}[1-{\left(\frac{1}{{\mathrm{PR}}_{t,\mathrm{sp},\mathrm{ol}}}\right)}^{\frac{{\mathrm{\γ}}_t-1}{{\mathrm{\γ}}_t}}],$ 且

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\η}}_t=f_3({\mathrm{PR}}_{t,\mathrm{sp},\mathrm{ol}},N_{\mathrm{sp}}\·\sqrt{\frac{T_{t,\mathrm{ref}}}{T_{\mathrm{ut}}}})\\ W_{t,\mathrm{sp}}\·\sqrt{\frac{T_{\mathrm{ut}}}{T_{t,\mathrm{ref}}}}\·\frac{P_{t,\mathrm{ref}}}{P_{\mathrm{dt}}}=f_4({\mathrm{PR}}_{t,\mathrm{sp},\mathrm{ol}},N_{\mathrm{sp}}\·\sqrt{\frac{T_{t,\mathrm{ref}}}{T_{\mathrm{ut}}}})\end{array}\right.$

此公式可以被写为膨胀比设定点PR_t，sp的函数并被求逆以计算涡轮膨胀比设定点PR_t，sp。

在以下涡轮功率表达式中，通过以涡轮增压器1、11的制造商建立的映射形式提供的函数f3和f4来给出流量W_t，sp和效率η_t。它们取决于涡轮速度N和膨胀比PR_t。可以重写表达功率设定点的相等性的方程，使用涡轮功率设定点H_t，sp的表达式替换涡轮功率设定点H_t，sp：

$H_{c,\mathrm{sp}}=W_{t,\mathrm{sp}}\·{\mathrm{Cp}}_t\·{\mathrm{\η}}_t\·T_{\mathrm{ut}}[1-{\left(\frac{1}{{\mathrm{PR}}_{t,\mathrm{sp},\mathrm{ol}}}\right)}^{\frac{{\mathrm{\γ}}_t-1}{{\mathrm{\γ}}_t}}]$

接着，如果流量和效率被它们相应的表达式替换，则得到：

$H_{c,\mathrm{sp}}={\mathrm{Cp}}_t\·T_{\mathrm{ut}}\·f_3({\mathrm{PR}}_{t,\mathrm{sp},\mathrm{ol}},N_{\mathrm{sp},\mathrm{cort}})\·f_4({\mathrm{PR}}_{t,\mathrm{sp},\mathrm{ol}},N_{\mathrm{sp},\mathrm{cort}})\·\frac{P_{\mathrm{dt}}}{P_{t,\mathrm{ref}}}\·\sqrt{\frac{T_{t,\mathrm{ref}}}{T_{\mathrm{ut}}}}\·[1-{\left(\frac{1}{{\mathrm{PR}}_{t,\mathrm{sp},\mathrm{ol}}}\right)}^{\frac{{\mathrm{\γ}}_r-1}{{\mathrm{\γ}}_r}}]$

最后，可以对上述关系求逆以计算所需的膨胀比设定点PR_t，sp，ol以便获得期望压缩机功率H_c，sp，并且这又将使得可以获得压缩比设定点PR_c，sp并因而获得期望提升压力P_dt，sp。

${\mathrm{PR}}_{t,\mathrm{sp},\mathrm{ol}}=F^{-1}(\frac{H_{c,\mathrm{sp}}}{C_p\·T_{\mathrm{ut}}\·\frac{P_{\mathrm{dt}}}{P_{t,\mathrm{ref}}}\·\sqrt{\frac{T_{t,\mathrm{ref}}}{T_{\mathrm{ut}}}}},N_{\mathrm{sp}}\·\sqrt{\frac{T_{t,\mathrm{ref}}}{T_{\mathrm{ut}}}})$

映射F^-1结合了映射f3和f4。

图14至17中示出了此类映射F^-1的实例。

以上公式中使用的参数是输入设定点参数或由以上公式确定。它们甚至可以是常数。因此，热力学参数：

Cp_t(排气7在恒定压力时的比热容)等于1136J/kg/K，

γ_t(是排气7分别在恒定压力和恒定体积时的比热容的比率Cp_t/Cv_t的系数)等于1.34，

Cp_c(进气5在恒定压力时的比热容)等于1005J/kg/K，

γ_c(是进气5分别在恒定压力和恒定体积时的比热容的比率Cp_c/Cv_c的系数)等于1.4。

就所涉及的其他参数而言：

P_dt，max是由通道强度(tract strength)计算确定的常数，

W_c，m由流量计通过9牢记质量守恒以及W_c，m，HP等于W_c，m，BP的假设而确定。

由传感器、估计器或使用本领域技术人员公知的其他方法确定P_dt、P_dc、T_uc、T_ut。因此，可以根据引擎速度RM和引擎4的负载从映射得知涡轮上游的温度T_ut。

在所提供的示例性实例中，用于确定校正后的简化参数的基准温度和压力等于：

T_c，ref＝298K，T_t，ref＝873K，P_c，ref＝P_t，ref＝1大气压。

这对高压涡轮增压器1和低压涡轮增压器11均适用。

控制器是在各种实施例模式中重用的另一模块。第一控制器模块22由串联模式使用，而第二控制器模块27由并联模式使用。此类调节器的功能(如已知的那样)是修改输出参数(在此情况下为PR_t，sp或α_sp)以便消除在输入端处测量的差ε_PRc。本领域的技术人员知道各种用于执行此类功能的方法。还要说明其中控制器是使用模糊逻辑规则的调节器22、27的情况。通常，调节器22、27可以包括比例积分微分(或PID)模块。

在各种实施例模式中重复使用的另一模块是对旁路执行机构15、16建模的模块。此类位于通道中的执行机构可通过设定点α_sp进行比例控制，以便在0和100％之间修改执行机构开度的截面积S_act。例如，使用以下公式通过圣维南方程实现此类建模：

$W_{\mathrm{act}}=S_{\mathrm{act}}\frac{P_{\mathrm{dt}}}{\sqrt{T_{\mathrm{dt}}}}\·\mathrm{\ψ}\left(\mathrm{PR}\right),$ 其中

PR表示输入参数，即，分别为以下参数：

PR_t，sp膨胀比设定点，

PR_t，sp，ol开环膨胀比设定点，

PR_{t，sp，ol，sat}饱和后的开环膨胀比设定点，

W_act是通过执行机构15、16的流量，

S_act是执行机构15、16的截面积，

P_dt是涡轮下游的压力测量，

T_dt是涡轮下游的温度测量，

ψ是变量X的函数，由下式定义：

$\mathrm{\ψ}\left(X\right)=\sqrt{\frac{2{\mathrm{\γ}}_t}{R({\mathrm{\γ}}_t-1)}}\sqrt{X^{\frac{-2}{{\mathrm{\γ}}_t}}-X^{\frac{-({\mathrm{\γ}}_t-1)}{{\mathrm{\γ}}_t}}},$ 其中

γ_t是排气(7)的第一热力学常数，等于1.4，

R是通用气体常数，等于287J/kg/K。

在以上公式中，由于质量守恒，可以使用以下公式确定通过执行机构15、16的流量W_act：

W_act＝W_c，m-W_t，sp，其中

W_c，m是通过压缩机3、13的测量流量，

W_t，sp是通过涡轮2、12的流量的流量设定点。

有利地，为了能够更快速地确定执行机构15、16的截面积S_act的值，所述截面积可以被映射为所述执行机构15、16的位置设定点α_sp和膨胀比设定点PR_t，sp的函数。

至此的说明涉及一种用于操作一个涡轮增压器1、11的方法。在如图2所示存在双涡轮增压器和旁路阀14的情况下，可以使用一种用于依次控制两个涡轮增压器1、11中的每个涡轮增压器的方法，所述双涡轮增压器包括高压第一涡轮增压器1和低压第二涡轮增压器11。高压第一涡轮增压器1包括：高压涡轮2，由内燃机4排出的排气7驱动；高压压缩机3，由所述高压涡轮2驱动旋转以便压缩进入所述内燃机4的进气5；以及高压旁路执行机构15，用于绕过所述高压涡轮2，使得其可以控制不经过所述高压涡轮2的空气流量W_act，HP。低压第二涡轮增压器11包括：低压涡轮12，由所述内燃机4排出的经由所述高压涡轮2或所述高压旁路执行机构15的排气7驱动；低压压缩机13，由所述低压涡轮12驱动旋转以便压缩经由所述高压压缩机3进入所述内燃机4的进气5；以及低压旁路执行机构16，用于绕过所述低压涡轮12，使得其可以控制不经过所述低压涡轮12的空气流量W_act，BP。所述高压压缩机3的旁路阀14用于允许选择性地绕过所述高压压缩机3以便将所述低压压缩机13直接连接到引擎4。此类方法根据以下项确定用于控制所述高压旁路执行机构15的设定点α_st，HP和用于控制所述低压旁路执行机构16的设定点α_st，BP：高压压力比设定点PR_c，sp，HP、低压压力比设定点PR_c，sp，BP、通过压缩机的空气的空气流量W_c，m、压缩机3、13上游的温度T_uc、涡轮2、12上游的温度T_ut。

图5中示出了此类方法的一种实施例模式。处理模块19在两个独立回路之间进行仲裁，每个回路均专用于通过涡轮增压器1、11的旁路执行机构(即，高压旁路执行机构15和低压旁路执行机构16)分别控制涡轮增压器1、11之一。在任意时刻仅使两个涡轮增压器1、11中的一个涡轮增压器(由处理模块19确定)操作。处理模块19因此确定必要的输入，并且在使高压涡轮增压器1操作的情况下，根据高压压缩比设定点PR_c，sp，HP和高压压缩比测量PR_c，m，HP确定高压旁路执行机构15的位置设定点α_sp，HP，或者在使低压涡轮增压器11操作的情况下，根据低压压缩比设定点PR_c，sp，BP和低压压缩比测量PR_c，m，BP确定低压旁路执行机构16的位置设定点α_sp，BP。根据上述方法的实施例模式之一来确定这两个位置设定点α_sp，HP、α_sp，BP中的每个位置设定点。

因此，处理模块19确定使高压1或低压11涡轮增压器中的哪个涡轮增压器在操作。可能的情况是，处理模块19或者接收由高压模块17所确定的高压位置设定点α_sp，HP，或者接收由低压模块18所确定的低压位置设定点α_sp，BP。

当高压涡轮增压器1操作时，处理模块19使用设定点α_sp，HP操作高压执行机构15、使用为0％的α_sp，BP命令强制低压执行机构16进入关闭位置，并使用命令β强制高压阀14进入关闭位置。

当低压涡轮增压器11操作时，处理模块19使用设定点α_sp，BP操作低压执行机构16、使用为100％的α_sp，HP命令强制高压执行机构15进入打开位置，并使用命令β强制高压阀14进入打开位置。

可使用输入单元35在诸如压力之类的更基本参数的基础上调整设定点或测量输入参数PR_c，sp，HP、PR_c，m，HP、PR_c，sp，BP以及PR_c，m，BP的形状。因此，主设定点是高压压缩机3下游的提升压力或压力P_dc，sp，HP。还可从受控系统20测量或估计此同一参数P_dc，m，HP(也表示为P_dc，HP)的测量。还可通过测量或估计提供高压压缩机3上游的压力测量P_uc，m，HP(也表示为P_uc，HP)。这意味着可以经由求和器33使用以下公式计算高压模块17的输入参数：

${\mathrm{PR}}_{c,\mathrm{sp},\mathrm{HP}}=\frac{P_{\mathrm{uc},m,\mathrm{HP}}}{P_{\mathrm{dc},\mathrm{sp},\mathrm{HP}}},$ ${\mathrm{PR}}_{c,m,\mathrm{HP}}=\frac{P_{\mathrm{uc},m,\mathrm{HP}}}{P_{\mathrm{dc},m,\mathrm{HP}}}$ 并且

ε_PRc，HP＝PR_c，sp，HP-PR_c，m，HP

通过传感器、估计器或映射获得其他有用的参数W_c，m，HP、P_dt，HP、P_dc，HP、T_ut，HP、T_uc，HP。

对于低压模块，需要知道P_dc，sp，BP、P_dc，m，BP以及P_uc，m，BP。当低压涡轮增压器11在操作时，压缩机旁路阀14打开。低压下游压力P_dc，sp，BP然后等于提升压力或等于已知的高压下游压力P_dc，sp，HP。同样，对于测量，此参数P_dc，m，BP＝P_dc，m，HP。低压上游压力P_uc，m，BP等于进气压力5，即等于为1个大气压的大气压力P_atm。这意味着可以经由求和器33使用以下公式计算低压模块18的输入参数：

${\mathrm{PR}}_{c,\mathrm{sp},\mathrm{BP}}=\frac{P_{\mathrm{uc},m,\mathrm{BP}}}{P_{\mathrm{dc},\mathrm{sp},\mathrm{BP}}}=\frac{P_{\mathrm{atm}}}{P_{\mathrm{dc},\mathrm{sp},\mathrm{HP}}},$ ${\mathrm{PR}}_{c,m,\mathrm{BP}}=\frac{P_{\mathrm{uc},m,\mathrm{BP}}}{P_{\mathrm{dc},m,\mathrm{HP}}}$ 并且

ε_PRc，BP＝PR_c，sp，BP-PR_c，m，BP

从传感器、估计器或映射获得其他有用的参数W_c，m，BP、P_dc，BP、P_dc，BP、T_ut，BP、T_uc，BP。

由处理模块19按照以下规则执行选择涡轮增压器1、11的步骤：

-当引擎4的速度RM低于阈值时，经由高压旁路执行机构15使高压涡轮增压器1操作，强制关闭用于绕过高压压缩机3的旁路阀14并强制关闭低压旁路执行机构16，

-当引擎4的速度RM高于阈值时，经由低压旁路执行机构16使低压涡轮增压器11操作，强制打开用于绕过高压压缩机3的旁路阀14并强制打开高压旁路执行机构15。

引擎4的速度的阈值例如等于2750rpm。

可以备选地使用例如考虑引擎负荷的在高压与低压之间切换的更细致的策略。可以有利地引入滞后以免在引擎速度阈值附近过度频繁地切换。

图18和19的曲线中示出了使用根据本发明的方法获得的结果。所有曲线均在瞬变期间根据时间绘制提升压力，在此取传动比为3时的负荷。基准/基础线对应于现有技术的双回路法。曲线36示出了基准的提升压力设定点P_dc，sp，HP。曲线37示出了串联模式的提升压力设定点P_dc，sp，HP。曲线38示出了基准的提升压力测量P_dc，m，HP。曲线39示出了串联模式的提升压力测量P_dc，m，HP。曲线40示出了基准的提升压力设定点P_dc，sp，HP。曲线41示出了并联模式的提升压力设定点P_dc，sp，HP。曲线42示出了基准的提升压力测量P_dc，m，HP。曲线43示出了并联模式的提升压力测量P_dc，m，HP。

所描述的方法显示可以调节两阶段增压系统而无需考虑引擎4的排气歧管8中的压力。“单回路”串联和并联结构具有彼此非常类似的性能。此外，“单回路”结构使得可以获得与参考“双回路”法几乎完全相同的响应时间。

Claims (19)

1.一种用于涡轮增压器(1，11)以便对内燃机(4)进行增压的方法，所述涡轮增压器(1，11)包括：涡轮(2，12)，由排气(7)驱动；压缩机(3，13)，由所述涡轮(2，12)驱动旋转以便压缩进气(5)；以及旁路执行机构(15，16)，用于绕过所述涡轮(2，12)，使得其能够控制不经过所述涡轮(2，12)的空气流量(W_act)，其特征在于，所述方法包括根据以下项确定所述旁路执行机构(15，16)的位置设定点(α_sp)的步骤：压缩比设定点(PR_c，sp)、压缩比测量(PR_c，m)、通过所述压缩机(3，13)的流量的流量测量(W_c，m)、所述涡轮(2，12)下游的压力的压力测量(P_dt)、所述压缩机(3，13)下游的压力的压力测量(P_dc)、所述涡轮(2，12)上游的温度的温度测量(T_ut)、以及所述压缩机(3，13)上游的温度的温度测量(T_uc)，所述步骤包括：

-根据所述压缩比设定点(PR_c，sp)和所述压缩比测量(PR_c，m)确定膨胀比设定点(PR_t，sp)，

-根据如此确定的膨胀比设定点(PR_t，sp)确定所述旁路执行机构(15，16)的位置设定点(α_sp)。

2.如权利要求1中所述的方法，其中根据所述膨胀比设定点(PR_t，sp)确定所述旁路执行机构(15，16)的位置设定点(α_sp)使用逆执行机构模型(25)。

3.如权利要求2中所述的方法，其中在使用所述逆执行机构模型(25)之前，使用以下公式根据所述涡轮(2，12)下游的最大许可压力(P_dt，max)使所述膨胀比设定点(PR_t，sp)饱和：

${\mathrm{PR}}_{t,\mathrm{sp},\mathrm{sat}}=\min ({\mathrm{PR}}_{t,\mathrm{sp}},\frac{P_{\mathrm{dt},\max }}{P_{\mathrm{dt}}}),$ 其中

PR_t，sp，sat是饱和之后的膨胀比设定点，

PR_t，sp是饱和之前的膨胀比设定点，

P_dt是所述涡轮(2，12)下游的压力，

P_dt，max是所述涡轮(2，12)下游的最大可接受压力，

饱和后的压缩比设定点值(PR_t，sp，sat)之后将取代初始压缩比设定点值(PR_t，sp)。

4.如权利要求1至3中的任一权利要求中所述的方法，其中所述膨胀比设定点(PR_t，sp)等于由预定位模块(21)根据所述压缩比设定点(PR_c，sp)计算的开环膨胀比设定点(PR_t，sp，ol)与由第一控制器模块(22)根据所述压缩比设定点(PR_c，sp)和所述压缩比测量(PR_c，m)之间的误差(ε_PRc)计算的闭环膨胀比设定点(PR_t，sp，cl)的和。

5.如权利要求1中所述的方法，其中所述旁路执行机构(15，16)的位置设定点(α_sp)等于根据所述压缩比设定点(PR_c，sp)计算的开环位置设定点(α_sp，ol)与由第二控制器模块(27)根据所述压缩比设定点(PR_c，sp)和所述压缩比测量(PR_c，m)之间的误差(ε_PRc)计算的闭环位置设定点(α_sp，cl)的和。

6.如权利要求5中所述的方法，其中确定所述开环位置设定点(α_sp，ol)包括以下步骤：

-由预定位模块(26)根据所述压缩比设定点(PR_c，sp)确定开环膨胀比设定点(PR_t，sp，ol)，

-使用逆执行机构模型(28)根据如此确定的开环膨胀比设定点(PR_t，sp，ol)确定开环位置设定点(α_sp，ol)。

7.如权利要求5或6中所述的方法，其中使用以下公式最终使所述位置设定点(α_sp)饱和：

α_sp，sat＝min(α_sp，α_sp，max)，其中

α_sp，sat是饱和之后的位置设定点，

α_sp是饱和之前的位置设定点，

α_sp，max是最大位置设定点。

8.如权利要求7中所述的方法，其中使用逆执行机构模型(31)根据所述开环膨胀比设定点(PR_t，sp，ol)确定所述最大位置设定点(α_sp，max)。

9.如权利要求8中所述的方法，其中在应用用于确定所述最大位置设定点(α_sp，max)的逆执行机构模型(31)之前，使用以下公式根据所述涡轮(2，12)下游的最大许可压力(P_dt，max)使所述开环膨胀比设定点(PR_t，sp，pl)饱和：

${\mathrm{PR}}_{t,\mathrm{sp},\mathrm{sat}}=\min ({\mathrm{PR}}_{t,\mathrm{sp},\mathrm{ol}},\frac{P_{\mathrm{dt},\max }}{P_{\mathrm{dt}}}),$ 其中

PR_t，sp，sat是饱和之后的膨胀比设定点，

PR_t，sp是饱和之前的膨胀比设定点，

P_dt是所述涡轮(2，12)下游的压力，

P_dt，max是所述涡轮(2，12)下游的最大可接受压力，

饱和后的膨胀比设定点值(PR_t，sp，sat)之后将取代初始开环膨胀比设定点值(PR_t，sp，ol)。

10.如权利要求4或6至9中的任一权利要求中所述的方法，其中所述预定位模块(21，26)包括以下步骤：

-使用以下公式根据通过所述压缩机(3，13)的进气(5)的流量的流量测量(W_c，m)确定通过所述压缩机(3，13)的进气(5)的流量的校正后的流量测量(W_c，m，cor)：

$W_{c,m,\mathrm{cor}}=W_{c,m}\·\sqrt{\frac{T_{\mathrm{uc}}}{T_{c,\mathrm{ref}}}}\·\frac{P_{c,\mathrm{ref}}}{P_{\mathrm{dc}}},$ 其中

W_c，m，cor是通过所述压缩机(3，13)的进气(5)的流量的校正后的流量测量，

W_c，m是通过所述压缩机(3，13)的进气(5)的流量的空气流量测量，

T_uc是所述压缩机(3，13)上游的温度，

P_uc是所述压缩机(3，13)上游的压力，

T_c，ref是所述压缩机(3，13)的基准温度，

P_c，ref是所述压缩机(3，13)的基准压力，

-使用所述压缩比(PR_c)和通过所述压缩机(3，13)的进气(5)的校正后的流量(W_c，cor)的函数(f1)确定有关所述压缩机(3，13)的校正后的速度设定点(N_sp，corc)，所述函数(f1)由二维映射定义，

-使用以下公式根据有关所述压缩机(3，13)的校正后的速度设定点(N_sp，corc)确定速度设定点(N_sp)，

其中

N_sp是所述涡轮增压器(1，11)的速度设定点，

N_sp，corc是所述涡轮增压器(1，11)的有关所述压缩机(3，13)的校正后的速度设定点，

T_uc是所述压缩机(3，13)上游的温度，

T_c，ref是所述压缩机(3，13)的基准温度，

-使用所述涡轮增压器(1，11)的有关所述压缩机(3，13)的校正后的速度设定点(N_sp，corc)和通过所述压缩机(3，13)的进气(5)的流量的校正后的空气流量设定点(W_c，sp，cor)的函数(f2)，根据所述涡轮增压器(1，11)的有关所述压缩机(3，13)的校正后的速度设定点(N_sp，corc)和通过所述压缩机(3，13)的进气(5)的流量的校正后的空气流量设定点(W_c，sp，cor)，计算所述压缩机(3，13)的效率(η_c)，所述函数(f2)由二维映射定义，

-使用以下公式计算压缩机功率设定点(H_c，sp)，

$H_{c,\mathrm{sp}}=W_{c,m}{\mathrm{Cp}}_c\frac{1}{{\mathrm{\η}}_c}{T}_{\mathrm{uc}}({\mathrm{PR}}_{c,\mathrm{sp}}^{\frac{{\mathrm{\γ}}_c-1}{{\mathrm{\γ}}_c}}-1),$ 其中

H_c，sp是所述压缩机(3，13)的功率设定点，

W_c，m是通过所述压缩机(3，13)的进气(5)的流量的空气流量测量，

η_c是所述压缩机(3，13)的效率，

T_uc是所述压缩机(3，13)上游的温度，

PR_c，sp是所述压缩机(3，13)的压缩比设定点，

Cp_c是进气(5)的第一热力学常数，

γ_c是进气(5)的第二热力学常数，

-使用以下公式计算涡轮功率设定点(H_t，sp)：H_t，sp＝H_c，sp，其中

H_t，sp是所述涡轮(2，12)的功率设定点，

H_c，sp是所述压缩机(3，13)的功率设定点，

-使用以下公式根据所述速度设定点(N_sp)确定有关所述涡轮(2，12)的校正后的速度设定点(N_sp，cort)：

$N_{\mathrm{sp},\mathrm{cort}}=N_{\mathrm{sp}}\sqrt{\frac{T_{t,\mathrm{ref}}}{T_{\mathrm{ut}}}},$ 其中

N_sp是所述涡轮增压器(1，11)的速度设定点，

N_sp，cort是所述涡轮增压器(1，11)的有关所述涡轮(2，12)的校正后的速度设定点，

T_ut是所述涡轮(2，12)上游的温度，

T_t，ref是所述涡轮(2，12)的基准温度，

-使用以下公式计算所述开环膨胀比设定点(PR_t，sp，ol)

${\mathrm{PR}}_{t,\mathrm{sp},\mathrm{ol}}=F^{-1}(\frac{H_{c,\mathrm{sp}}}{{\mathrm{Cp}}_t\·T_{\mathrm{ut}}\·\frac{P_{\mathrm{dt}}}{P_{t,\mathrm{ref}}}\·\sqrt{\frac{T_{t,\mathrm{ref}}}{T_{\mathrm{ut}}}}},N_{\mathrm{sp},\mathrm{cort}}),$ 其中

PR_t，sp，ol是所述涡轮(2，12)的开环膨胀比，

H_t，sp是所述涡轮(2，12)的功率设定点，

N_sp，cort是所述涡轮增压器(1，11)的有关所述涡轮(2，12)的校正后的速度设定点，以及

F是由二维映射定义的函数并通过以下方程的求逆获得：

$H_{t,\mathrm{sp}}=W_{t,\mathrm{sp}}\·{\mathrm{Cp}}_t\·{\mathrm{\η}}_t\·T_{\mathrm{ut}}[1-{\left(\frac{1}{{\mathrm{PR}}_{t,\mathrm{sp},\mathrm{ol}}}\right)}^{\frac{{\mathrm{\γ}}_t-1}{{\mathrm{\γ}}_t}}],$ 其中

H_t，sp是所述涡轮(2，12)的功率设定点，

PR_t，sp，ol是所述涡轮(2，12)的开环膨胀比，

Cp_t是排气(7)的第一热力学常数，

γ_t是排气(7)的第二热力学常数，

η_t是所述涡轮(2，12)的效率，能够借助所述涡轮增压器(1，11)的有关所述涡轮(2，12)的校正后的速度设定点(N_sp，cort)和所述开环膨胀比设定点(PR_t，sp，ol)的函数(f3)来表达，所述函数(f3)由二维映射定义，

W_t，sp是通过所述涡轮(2，12)的排气(7)的流量的流量设定点并由下式确定：

$W_{t,\mathrm{sp}}=W_{t,\mathrm{sp},\mathrm{cor}}\·\sqrt{\frac{T_{t,\mathrm{ref}}}{T_{\mathrm{ut}}}}\·\frac{P_{\mathrm{dt}}}{P_{t,\mathrm{ref}}},$ 其中

W_t，sp是通过所述涡轮(2，12)的排气(7)的流量的流量设定点，

W_t，sp，cor是通过所述涡轮(2，12)的排气(7)的流量的校正后的流量设定点，借助所述涡轮增压器(1，11)的有关所述涡轮(2，12)的校正后的速度设定点(N_sp，cort)和所述开环膨胀比设定点(PR_t，sp，ol)的函数(f4)来表达，所述函数(f4)由二维映射定义，

T_ut是所述涡轮(2，12)上游的温度，

T_t，ref是所述涡轮(2，12)的基准温度，

P_dt是所述涡轮(2，12)下游的压力，

P_t，ref是所述涡轮(2，12)的基准压力。

11.如权利要求4至10中的任一权利要求中所述的方法，其中所述第一控制器模块(22)或者相应地所述第二控制器模块(27)是配置为消除所述误差(ε_PRc)的调节器(22，27)。

12.如权利要求11中所述的方法，其中所述调节器(22，27)使用模糊逻辑规则。

13.如权利要求11或12中所述的方法，其中所述调节器(22，27)使用比例积分微分(PID)模块。

14.如权利要求2至4和6至13中的任一权利要求中所述的方法，其中使用以下公式通过圣维南方程对用于绕过所述涡轮(2，12)的旁路执行机构(15，16)建模：其中

PR表示输入参数，即，分别为以下参数：

PR_t，sp膨胀比设定点，

PR_t，sp，ol开环膨胀比设定点，

PR_{t，sp，ol，sat}饱和后的开环膨胀比设定点，

W_act是通过所述执行机构(15，16)的流量，

S_act是所述执行机构(15，16)的截面积，

P_dt是所述涡轮(2，12)下游的压力，

T_dt是所述涡轮(2，12)下游的温度，

ψ是变量X的函数，由下式定义：

$\mathrm{\ψ}\left(X\right)=\sqrt{\frac{2{\mathrm{\γ}}_t}{R({\mathrm{\γ}}_t-1)}}\sqrt{X^{\frac{-2}{{\mathrm{\γ}}_t}}-X^{\frac{-({\mathrm{\γ}}_t-1)}{{\mathrm{\γ}}_t}}},$ 其中

γ_t是排气(7)的第一热力学常数，等于1.4，

R是通用气体常数，等于287J/kg/K。

15.如权利要求14中所述的确定方法，其中使用公式W_act＝W_c，m-W_t，sp确定通过所述执行机构(15，16)的流量(W_act)，其中

W_c，m是通过所述压缩机(3，13)的流量的测量，

W_t，sp是通过所述涡轮(2，12)的流量的流量设定点。

16.如权利要求14和15中的任一权利要求中所述的确定方法，其中所述执行机构(15，16)的所述截面积(S_act)被映射为所述执行机构(15，16)的所述位置设定点(α_sp)和所述膨胀比设定点(PR_t，sp)的函数。

17.一种用于固定几何形状双增压设备以便对内燃机(4)进行增压的方法，所述设备包括：

-高压第一涡轮增压器(1)，包括：高压涡轮(2)，由所述内燃机(4)排出的排气(7)驱动；高压压缩机(3)，由所述高压涡轮(2)驱动旋转以便压缩进入所述内燃机(4)的进气(5)；以及高压旁路执行机构(15)，用于绕过所述高压涡轮(2)，使得其能够控制不经过所述高压涡轮(2)的空气流量(W_act，HP)，

-低压第二涡轮增压器(11)，包括：低压涡轮(12)，由所述内燃机(4)排出的经由所述高压涡轮(2)或所述高压旁路执行机构(15)的排气(7)驱动；低压压缩机(13)，由所述低压涡轮(12)驱动旋转以便压缩经由所述高压压缩机(3)进入所述内燃机(4)的进气(5)；以及低压旁路执行机构(16)，用于绕过所述低压涡轮(12)，使得其能够控制不经过所述低压涡轮(12)的空气流量(W_act，BP)，以及

-所述高压压缩机(3)的旁路阀(14)，用于允许选择性地绕过所述高压压缩机(3)以便将所述低压压缩机(13)直接连接到引擎(4)，

所述方法包括根据以下项来确定用于控制所述高压旁路执行机构(15)的设定点(α_st，HP)和用于控制所述低压旁路执行机构(16)的设定点(α_st，BP)：高压压力比设定点(PR_c，sp，HP)、低压压力比设定点(PR_c，sp，BP)、高压压力比测量(PR_c，m，HP)、低压压力比测量(PR_c，m，BP)、通过高压压缩机(3)和低压压缩机(13)的空气流量的空气流量测量(W_c，m)、分别在所述高压涡轮(2)和所述低压涡轮(12)下游的压力测量(P_dt，HP)和(P_dt，BP)、分别在所述高压压缩机(3)和所述低压压缩机(13)下游的压力测量(P_dc，HP)和(P_dc，BP)、分别在所述高压涡轮(2)和所述低压涡轮(12)上游的温度测量(T_ut，HP)和(T_ut，BP)、以及分别在所述高压压缩机(3)和所述低压压缩机(13)上游的温度测量(T_uc，HP)和(T_uc，BP)，

其特征在于，所述方法包括以下步骤：

-借助处理模块(19)选择要控制所述高压旁路执行机构(15)和所述低压旁路执行机构(16)中的哪个旁路执行机构，

-如权利要求1至16中的任一权利要求中所述，根据高压压缩比设定点(PR_c，sp，HP)和高压压缩比测量(PR_c，m，HP)相应地选择所述高压旁路执行机构(15)的位置设定点(α_sp，HP)，或者根据低压压缩比设定点(PR_c，sp，BP)和低压压缩比测量(PR_c，m，BP)确定所述低压旁路执行机构(16)的位置设定点(α_sp，BP)。

18.如权利要求17中所述的方法，其中由所述处理模块(19)按照以下规则执行选择步骤：

-当所述引擎(4)的速度(RM)低于阈值时，使所述高压旁路执行机构(15)操作，所述高压压缩机(3)的旁路阀(14)被强制关闭并且所述低压旁路执行机构(16)被强制关闭，

-当所述引擎(4)的速度(RM)高于阈值时，使所述低压旁路执行机构(16)操作，所述高压压缩机(3)的旁路阀(14)被强制打开并且所述高压旁路执行机构(15)被强制打开。

19.如权利要求18中所述的方法，其中所述引擎(4)的阈值速度(RM)等于2750rpm。

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